【正文】 （ f7＝ ） 為 下輥整體擴(kuò)撒振動(dòng)， 該振動(dòng)將會(huì)增大 下輥輪彎矩和 扭矩。 三階振型 （ f3＝ ） 為 下輥輪左右 1/4處 彎曲振動(dòng) ， 該振動(dòng)將會(huì) 兩端端及中部 的 彎曲 應(yīng)力。 劃分網(wǎng)格和施加約束條件 與上輥輪模態(tài)分析同理， 定義 活動(dòng)橫梁 材料為 Q235，施加約束條件，劃分網(wǎng)格。 七 階振型 （ f7＝ ） 為 上輥整體擴(kuò)撒振動(dòng)， 該振動(dòng)將會(huì)增大 下輥輪彎矩和 扭矩。 三階振型 （ f3＝ ） 為 上輥輪左右 1/4 處 彎曲振動(dòng) ， 該振動(dòng)將會(huì) 兩端端及中部 的 彎曲 應(yīng)力。 （ 5）識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。 （ 2）新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估及優(yōu)化設(shè)計(jì)。 b) 為了研究不同位移約束的效果，可以采用對(duì)載荷步（例如，對(duì)稱(chēng)邊界條件采用一個(gè)載荷步，反對(duì)稱(chēng)邊界條件采用另一個(gè)載荷步）。 c) 不允許有非零位移約束。 1）施 加邊界條件 2）外部載荷：因?yàn)檎駝?dòng)被假定為自由振動(dòng)，所以忽略外部載荷。 1）定義一個(gè)線(xiàn)性攝動(dòng)步（ Linear Perturbation）的頻率提取分析步（ Frequency 28 Extraction）。 27 第 4 章 三輥卷板機(jī)輥輪和支架的模態(tài)分析 模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用 .模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一 個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型 .這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱(chēng)為模態(tài)分析 .這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱(chēng)為計(jì)算模態(tài)分析，如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù)，稱(chēng)為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 .通常，模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 . 模態(tài)分析概述 振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性 .通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng) .因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法 . 近十多年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、 FFT 分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門(mén)的高度重視 .已有多種檔次、各種原理的模態(tài)分析硬件與軟件 問(wèn) 世 . 模態(tài)分析的經(jīng)典定義 :將線(xiàn)性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解藕，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) .坐標(biāo)變換的變換矩陣為模態(tài)矩陣，其每列為模態(tài)振型 . 用處： 模 態(tài)分析的最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù) . 模態(tài)分析的步驟 模態(tài)分析中的主要有四個(gè)步驟如下： （ 1）建模。 26 圖 418支架模型靜力分析總安全系數(shù)圖 由圖 318可知 ， 根據(jù)分析結(jié)果 支架 最大應(yīng)力為 41MPa，小于 Q235的屈服強(qiáng)度 235MPa；其對(duì)應(yīng)的靜力學(xué)的安全系數(shù)為 。 支架的最大位移為 。 圖 313 支架載 荷和約束圖 劃分網(wǎng)格 支架的劃分 網(wǎng)格和輥輪 的一樣， 單元?jiǎng)澐朱`活運(yùn)用，材料屬性也是選用 Q235. 圖 314支架網(wǎng)格圖 靜力學(xué)結(jié)果分析 應(yīng)力、應(yīng)變、位移與安全系數(shù)分析結(jié)果如圖 31 31 31 318 所示。 支架 靜力學(xué)分析 施加約束和載荷 根據(jù)卷板機(jī)的工作原理可知，支架底端固定 不能動(dòng)。 所以能滿(mǎn)足 上輥輪的靜力學(xué)強(qiáng)度 設(shè)計(jì)的要求。 22 與應(yīng)力結(jié)果不同，應(yīng)力默認(rèn)的顯示為平均值（節(jié)點(diǎn)值）， 而應(yīng)變顯示的是非平均值（單元直），檢查按單元值顯示的應(yīng)變分布圖。 圖 39 下輥輪模型靜力分析總應(yīng)力云圖 由圖 39可知， 最大 von mises 應(yīng)力為 ，材料的屈服力為 235MPa，并且應(yīng)力小于 Q235 的許用應(yīng)力 157，從而可以推斷出該裝置在當(dāng)前施加的壓力下其結(jié)構(gòu)是可靠的。所以把左右兩端約束全部自由度。 輥輪軸階處由于應(yīng)力集中，受力較大，可以采用倒角、延長(zhǎng)過(guò)渡面、加厚的方式 減小應(yīng)力集中。 所有對(duì)應(yīng)力圖解 所做的后處理特征同樣適用于應(yīng)變圖解。 17 表 33 Q235A 許用應(yīng)力 （單位： MPa（2mmN）） 厚度 t（ mm） 屈服 極限 σ s Q235A許用應(yīng)力 Ⅰ類(lèi)載荷（ 安 全系數(shù) ） Ⅱ類(lèi)載荷（安全系數(shù) ） Ⅲ類(lèi)載荷（安全系數(shù) ） σ a a? σ a a? σ a a? t≤ 16 235 157 90 177 102 196 113 16＜ t≤ 40 225 150 87 169 98 188 108 40＜ t≤ 60 215 143 83 162 93 179 103 圖 34 上輥輪模型靜力分析總位移 云圖 由圖 34可 知，左側(cè)零件中顯示的顏色與右側(cè)色帶一致，越紅其位移 值越大，即零件在此發(fā)生的位移越大。 注：?jiǎn)卧竦拇笮】梢钥刂圃谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)，一般可以用此公式控制：（節(jié)點(diǎn)值 單元直） /節(jié)點(diǎn)值 5％ ,對(duì)應(yīng)力集中的地方可以用網(wǎng)格控制來(lái)局部劃分。 Simulation提供了 4種 網(wǎng)格類(lèi)型： ① 實(shí)體網(wǎng)格：實(shí)體網(wǎng)格為四面體單元， 適合于大體積和復(fù)雜的三維模型； ② 使用中性面的外殼網(wǎng)格：對(duì)于相對(duì)比較簡(jiǎn)單額薄壁零件（如鈑金零件），程序自動(dòng)提取零件的中性面并自動(dòng)地安排中性面殼網(wǎng)格的厚度。輥的 中部施加線(xiàn)性載荷約束 ， 當(dāng)板料置于輥?zhàn)又虚g部時(shí)，上輥受到的 均布載荷 為 F ＝ 105 N，如圖 31所示。 靜力學(xué)分析的步驟 靜力學(xué)分析的基本步驟為： （ 1）建立幾何模型； （ 2）定義材料屬性； （ 3）定義分析步； （ 4）施加邊界條件和載荷； （ 5）選擇單元類(lèi)型和劃分網(wǎng)格； （ 6）運(yùn)行 求解； （ 7）結(jié)果評(píng)定。靜力分析不考慮慣性和阻尼的影響。 均布載荷的集度 ： q ＝ 力F /b= 力F /2020＝ 105 /2020＝ N/mm＝ 105 N/m 下輥孔為 下q =q /2= 105 N/m 關(guān)鍵零 部件實(shí)體模型 圖 23 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱(chēng)三輥卷板機(jī)上輥實(shí)體建模圖 12 圖 24 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱(chēng)三輥卷板機(jī)下輥實(shí)體建模圖 圖 25W11 系列機(jī)械式對(duì)稱(chēng)三輥卷板機(jī)床身實(shí)體建模圖 圖 26 W11 系列機(jī)械式對(duì)稱(chēng)三輥卷板機(jī)實(shí)體建模組裝圖 13 第 3 章 有限元法 與 各零部件 靜力學(xué)分析 有限元法 簡(jiǎn)介 有限元法基本原理 它的 的基本 原理 是 ： 將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連續(xù)的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在第一單元中假設(shè)一插值函數(shù)以求表示單元中中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而將一個(gè)連續(xù)域中的無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問(wèn)題。用該設(shè)備加工圓 (弧 )形工件時(shí)，由上輥垂直向下移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)工件 (即鋼板 )產(chǎn)生向下的壓力 P 力 。 8 表 21主要技術(shù)參數(shù) 卷板機(jī) 技術(shù)性能 單位 數(shù) 據(jù) 上輥輪長(zhǎng)度 L mm 3000 上輥輪直徑 1d mm 240 上輥輪材料 Q235 下輥輪長(zhǎng)度 L mm 2710 下輥中心矩 L mm 310 下輥輪直徑 2d mm 200 下輥輪材料 Q235 輥輪的工作長(zhǎng)度 L mm 2050 板厚 ? mm 12 板寬 B mm 20200 輥輪彈性模量 E Mpa 202000 輥輪屈服應(yīng)力 σ s Mpa 235 輥輪泊松比 輥輪密度 p ㎏ /m3 7860 輥 輪 許用應(yīng)力 Mpa 157 機(jī)架高度 H mm 1557 機(jī)架厚度 W mm 150 機(jī)架材料 Q235 機(jī)架彈性模量 E Mpa 202000 機(jī)架泊松比 機(jī)架密度 p ㎏ /m3 7860 卷圓最小直徑 mind mm 500 板料相對(duì)強(qiáng)化系數(shù) K0 9 表 22板材強(qiáng)化系數(shù)表 材料號(hào) K0 LCr18Ni9Ti,lCr18Ni12Ti 6 10,15,20 10 25,20g,22g,Q235A,12Cr1MoV,15CrMo 30,35 14 15Cr,20Cr,20CrNi σ s＜ =800Mpa的高強(qiáng)度合金鋼板 20 注：對(duì)其它鋼材可按 K0=? 計(jì)算，其中為伸長(zhǎng)率 （ 2） . 所求設(shè)計(jì) 參數(shù) 上輥軸直徑： ? ? ~ dd a ? =140mm 下輥軸直徑： ? ? ~ ddc ? =120mm 最小卷圓直徑 ： ? ? an DD ~? =500mm （ 3） . 確定卷板機(jī)壓力 參數(shù) 因在卷制板材時(shí)，板材不同成形量所需的壓力、功率也不相同，所以要確定所受壓力及 彎矩 ， 而最大壓力、最大彎矩產(chǎn)生于板材彎成最小卷圓時(shí) ： 板材的彎曲力矩與作用在下輥上的力2F 的力矩平衡，由此可求得上、下輥的受力：（見(jiàn)圖 21） （ 1） （ 2） （ 3） 圖 21 軸輥受力分析 ?? sin2 RMF ?? tan21 R MF )2(2sin 2dRl??? 10 式中 ： R—— 彎曲最小半徑 ，產(chǎn)生于卷圓最小時(shí)。 基本參數(shù) 及 各零 部件 載 荷 基本參數(shù) 內(nèi)容 根據(jù) 板料 工藝用途及結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)確定 棍子的大小，從而制造卷板機(jī)。 最后形成 本 設(shè)計(jì)方案 ： W122020 對(duì)稱(chēng) 三輥卷板機(jī) （ 表 14 所示 ， W 系列規(guī)格表 ） 表 14 W系列規(guī)格表 規(guī)格型號(hào) 最大厚 度 (mm) 最大 寬度 (mm) 屈服極限 (MPa) 卷板速度(m/min) 滿(mǎn)載最 小直徑(mm) 上輥 直徑 (mm) 下輥 直徑 (mm) 下輥 中心距 (mm) 主電機(jī) 功率 (kw) 外形尺寸 （長(zhǎng)寬高） (mm) W1162500 6 2500 265 500 190 170 260 431012101330 W1163200 6 3200 265 500 240 200 310 520014001200 W1182020 8 2020 265 450 190 170 260 381012101330 W1182500 8 2500 265 500 240 200 310 11 450014201610 W11122020 12 2020 265 500 240 200 310 11 405014201610 W11122500 12 2500 265 5 750 280 240 360 11 500015001300 W11123000 12 3000 265 5 650 280 240 360 11 550015001300 W11162020 16 2500 265 5 750 280 240 360 11 4500150 01300 W11162500 16 2500 265 5 750 330 240 360 11 500015001300 W11163000 16 3000 265 5 900 340 280 440 11 630016001900 W11202020 20 2020 265 5 750 280 240 440 11 450015001300 W11202500 20 2500 265 5 850 340 280 490 15 560016001900 W11252020 25 2020 265 5 850 340 280 490 22 510016001900 W11252500 25 2500 265 900 380 300 600 30 600046002150 W11302020 30 2020 265 900 380 300 600 30 550014602150 W11303000 30 3000 265 5 1200 480 400 600 37 740023002600 6 課題的主要內(nèi)容 與技術(shù)方案 利用有限元軟件 solidworks si